海洋构筑物表面等离子熔覆TiC/Ni复合材料涂层的人体步进防滑性能

随着海洋活动增加,军舰、商船、海上钻井平台等海洋构筑物表面滑摔现象频发,已经严重影响人员安全和海洋事业的发展。为了解决这个问题,世界各国纷纷利用表面处理技术制备各类涂层,提高海洋构筑物表面的防滑性能。本试验采用等离子熔覆技术在45钢表面制备TiC/Ni合金粉末制备人体步进防滑涂层,分析了涂层步进摩擦系数、显微组织、摩擦磨损性能、涂层材料和表面形貌对涂层防滑性能的影响。结果表明:加入TiC不仅提高了涂层的耐磨性,还提高了涂层的步进摩擦系数。随着TiC含量的增加,涂层摩擦系数和耐磨性均增加,除此之外涂层表面三维形貌、涂层材料都会对步进摩擦产生影响,并且干态摩擦系数大于湿态摩擦系数;相对于等离子喷涂制备的涂层,等离子熔覆制备的涂层虽然步进摩擦系数略低,但耐磨性明显提高。     

国外航母甲板防滑涂料技术现状及发展趋势

介绍国外航母甲板防滑涂料的应用现状,包括飞行甲板防滑涂料的技术难点和施工工艺、机库甲板防滑涂料的应用情况;梳理了非晶态金属基涂料、高耐久想防滑涂料、单层快干防滑涂料等新型防滑涂料的研制进展。     

Ni3Al(Cr)合金室温干滑动摩擦磨损性能研究

采用真空电弧熔炼法制备添加不同Cr含量的Ni_3Al (Cr)合金,观察其组织和力学性能变化,以Si_3N_4为对磨副,探究不同载荷下Ni_3Al (Cr)合金的摩擦磨损机制.利用扫描电子显微镜拍摄材料的组织以及磨痕、磨痕截面形貌,测量磨痕截面显微硬度的变化.研究结果表明:随着Cr含量的增加,Ni_3Al (Cr)材料的硬度,摩擦系数和磨损率不断增加,Ni_3Al-12Cr合金的摩擦磨损性能较好.随着载荷的增加,Ni_3Al (Cr)合金的摩擦系数略有减小,磨损率不断升高;Ni_3Al合金随载荷的增加磨损机制由磨粒磨损和氧化磨损转变为疲劳磨损,剧烈的剥层磨损为主,并伴有氧化磨损,而Ni_3Al-12Cr合金在不同载荷下磨损机制主要为磨粒磨损和氧化磨损.     

多开口甲板板架结构极限承载力实验研究

[目的]为了研究多开口结构形式对甲板板架结构极限承载能力的影响,[方法]以2种不同开口形式的双层板架模型为研究对象,对其在轴向压缩载荷作用下的极限承载能力进行实验研究,对比分析双开口甲板结构和舷侧开口板架结构的失稳破坏模式及极限承载能力,得到多开口甲板板架结构在逐步崩溃过程中甲板各处应力的变化规律。[结果]实验结果表明:开口角隅处应力集中现象明显,随着轴向压缩载荷逐渐增大,开口中部甲板应力急剧上升,多开口结构最终均在最大开口的中部发生失稳破坏;甲板开口尺寸对结构初始轴向刚度的影响显著,舷侧开口结构则在弹塑性变形阶段对极限承载力的影响占主导地位。[结论]所提实验研究方法及结果可为此类甲板结构的设计提供参考。     

大波陡条件下FPSO上浪及其载荷特征的试验

为研究大波陡条件下船首甲板上浪的上浪水流动以及上浪载荷特征,针对一艘浮式生产储油轮的简化船首模型进行了水槽试验.模型试验采用了固定安装的方式,试验工况为一系列不同波陡的5阶Stocks波和聚焦波,通过高速摄像仪和力传感器分别测量并记录不同工况下上浪水流动的详细过程以及砰击载荷情况.结果表明:大波陡条件下典型的"翻卷式"上浪伴有波浪变形、爬升、坍塌、破碎及砰击的现象,对甲板及垂直板产生了巨大的冲击载荷;甲板上浪载荷的峰值出现在甲板首部及垂直板底部附近,垂直板上冲击载荷的峰值出现在船体中线位置,上浪水在甲板上的流动存在明显的三维效应;干舷、浮态和波形参数等对上浪水流动和上浪载荷会产生重要影响.     

基于CFD新型喷射泵内流场数值分析

主要对新型喷射泵进行模型建立以及内部流态分析,采用三维软件Solid Works建立模型,叶轮部分采用升力法设计。基于CFD对不同工况下的叶轮叶片、流道等参数进行压力、速度分析,得到结论:随着叶片数的增加,在相同工况下,叶片表面的压力分布逐渐均匀,叶轮内液流流动相对流畅,水力损失降低;叶片数的增加,增加了液流与叶片之间的摩擦,使泵的效率降低。     

基于AVL BOOST的船用柴油机典型故障仿真及其数据分析

[目的]大型船用柴油机故障类型的数据通过台架试验或者实船来获取存在许多不利因素,因此针对柴油机的故障仿真数值计算就显得尤为重要,同时对故障排除及数据驱动的智能故障诊断系统的构建也具有重要意义。[方法]基于AVL BOOST软件和台架试验数据,建立柴油机仿真模型,验证4种负荷工况下仿真模型需满足的精度要求;基于100%负荷工况模型,采用控制变量法模拟柴油机发火点提前、单缸停油及曲轴箱窜气这些典型故障,并分析计算得到的数据。[结果]结果表明:发火点提前5°时,缸内最高燃烧压力提高了17.4%;第1缸停缸后,有效油耗率上升近15%;对于不同气缸停油情况,第2号和3号气缸停油时的特征参数变化幅度较小;随着活塞有效窜气间隙的增加,各特征参数基本上呈线性扩大趋势,在窜气间隙值为0.04 mm时,部分特征参数急剧增加,例如油耗率增加了近40%。[结论]所得结果可作为柴油机故障状态识别及智能故障诊断系统构建的重要依据,为探索船舶柴油机智能故障诊断技术提供新的途径。     

水下滑翔机浮力调节系统研制

[目的]浮力调节系统是控制水下滑翔机潜浮状态及滑翔速度的关键组件。为了深入研究浮力调节系统,[方法]通过对水下滑翔机及其浮力调节系统的理论分析和CFD计算,以获得浮力调节量这一重要的设计参数。研制了具有出油和回油两通路的浮力调节系统、采用高压柱塞泵实现在深水环境下向外出油、低能耗齿轮泵实现在浅水环境下回油的浮力调节系统。在不同压力环境下对出油和回油特性及其能耗进行实验测试。[结果结果]结果表明:在2.5 MPa压力环境下,浮力调节系统出油过程正常;在大气压力环境下,浮力调节系统的回油过程正常,所研制的实验装置可模拟水下滑翔机实际运行环境的海洋压力。[结论]研制工作可为浮力调节系统的工程应用提供有益参考。     

偏转工况下吊舱推进器的水动力和空泡性能

[目的]吊舱推进器与螺旋桨之间干扰强烈,流动现象复杂。在操舵工况下远离设计点条件工作时,桨叶载荷会出现剧烈变化,且空泡性能也将同步恶化。为了分析吊舱推进器在偏转工况下的水动力和空泡性能,[方法]首先,采用全结构网格,基于雷诺平均(RANS)数值模拟方法对吊舱推进器的水动力性能开展研究;然后,采用Sauer模型预报吊舱推进器偏转工况下的空泡性能;最后,在空泡水筒中开展吊舱推进器的模型实验。[结果]结果表明:数值计算结果与实验结果的吻合度较高,验证了数值预报方法的准确性;偏转工况下,吊舱桨的推力和扭矩均高于直航工况;吊舱偏转后,随着周向角的变化,不同周向位置的压力将呈脉动变化趋势;桨叶的空泡形态存在差异性,且随吊舱偏转角度的增加而恶化。[结论]研究成果可以为吊舱推进器设计提供参考。     

接触爆炸下舰船强力甲板塑性动态响应特性研究

基于舰船强力甲板结构和接触爆炸工况设计,采用非线性有限元计算方法对在不同炸药量下、不同尺寸的纵桁和强横梁的强力甲板进行接触爆炸数值模拟。分析球形炸药接触爆炸下空气冲击波的压力分布以及对甲板的冲击过程,结果显示强力甲板结构在接触爆炸下呈现出3种破坏模式,并通过定义构件相对强度因子,提出了破坏模式的判别条件,初步揭示舰船强力甲板在接触爆炸下的塑性动态响应特性。     

多航态高速无人艇阻力试验研究

为了研究多航态高速无人艇在不同吃水航态下的阻力性能以及运动特性,在半潜到水面航态范围内变换6个吃水状态进行模型阻力试验,试验速度涵盖排水航行到滑行状态范围,对每个吃水工况下的航行姿态、阻力性能进行分析研究。结果表明,该多航态高速无人艇在一定吃水范围内都有着较好的阻力性能以及良好的运动姿态,在中低速(Fr?2.0)条件下,该模型在不同吃水下的运动姿态、阻力性能随航速的变化趋势一致,但在高速滑行(Fr? 3.0)条件下变化趋势有差异;剩余阻力占总阻力的比例Rr/Rt随着吃水的增加而不断增大,在相同吃水条件下Rr/Rt随着F r?的增加呈现出先增大后减小的规律。     

轮印载荷下多跨梁装载方案聚类分级方法

[目的]快速、准确地对大量装载方案进行分级,获得对结构设计要求相近或决定结构设计的装载方案,对装载甲板多跨梁结构设计具有重要意义。[方法]提出一种轮印载荷下多跨梁装载方案分级方法。对于给定的多跨梁结构与装载对象,首先整理出可能的装载方案,通过轮印载荷下多跨梁最危险工况分析方法,求解每种装载方案下多跨梁的最大弯矩、最大剪力和最大挠度;然后将这些计算结果作为装载方案的样本特征,通过XB指数与模糊C均值(FCM)算法,将装载方案进行分级。分析三跨梁和四跨梁跨距比、惯性矩比对分级结果的影响。[结果]计算结果表明,不同结构方案多跨梁分级结果并不完全一致,但等跨等刚度多跨梁分级结果用于不等跨距或变惯性矩多跨梁的结构响应计算,与实际最危险工况结果间的误差小于2%。[结论]分析的多轮印载荷下多跨梁装载方案之间的关系可为多轮印载荷下装载甲板结构设计提供参考。     

二维甲板上浪模型试验研究

甲板上浪属于非常复杂和强非线性的波体相互作用过程。研究甲板上浪的基本方法包括理论分析、模型试验和数值计算。本文利用浪高仪测试方法对特定实验工况捕捉甲板上浪特征参数信息,分析甲板上浪的水位高度、上浪量与浮态之间的关系。利用PIV方法捕捉了波浪沿模型首端爬行、变形、破碎的过程_[1]。获得了上浪的统计规律,有助于自由液面的非线性流体力学模型试验技术的发展,推动相应学科的进步和发展。     

考虑细长杆件不同坠落角度的海洋平台甲板损伤预报方法

[目的]在海洋平台吊装作业中,因吊机设备老化以及违规操作等而造成的坠物事故在海洋平台作业中时有发生,其中在杆件结构,如套管、钻铤等设备方面的问题最为常见,因杆件坠落时接触面积小,常会导致板架结构的损伤破坏。[方法]选取细长杆件坠物撞击甲板结构的场景开展结构损伤研究。在此基础上,考虑坠落角度对结构损伤的影响,确定结构损伤变形模型,并运用塑性力学理论,建立考虑杆件坠落角度影响的结构损伤解析预报方法。[结果]结果显示,小角度坠落场景下的结构损伤变形大,结构吸能高,根据结构响应可将坠落角度分为4个角度区间;解析计算结果与仿真计算得到的吸能曲线在数值以及变化趋势上相近。[结论]在杆状结构以一定角度撞击甲板结构时,甲板产生的塑性变形区域形状会随着撞深而产生变化,针对各阶段甲板变形特点的解析计算对海洋平台甲板板架结构抗撞设计评估具有一定的指导意义。     

矩形耐压舱预应力支柱优化设计

[目的]为有效降低矩形耐压舱顶甲板的弯曲应力,[方法]提出在耐压舱内部设置预应力支柱。首先,给出支柱布局及尺寸已定的情况,以支柱预应力为设计变量,顶甲板板架弯曲应力为目标函数,建立考虑支柱应力约束的支柱预应力最优配置数学模型;然后,进一步将支柱位置作为设计变量,进行支柱布局及其预应力配置优化设计;最后,在预应力优化结果的基础上提出一种降低支柱结构重量的设计思路。[结果]优化结果表明,合理配置支柱的预应力,在支柱重量不增加的前提下顶甲板板架弯曲应力值降低了21.6%;进一步优化后,最终的支柱优化设计方案使顶甲板板架弯曲应力进一步降低了16.0%。[结论]研究结果可为类似结构设计提供方法参考和设计借鉴。     

舰船动力系统排烟对甲板上方空间温度场影响的数值分析

[目的]现代舰船动力系统排出的高温烟气对甲板上方高精度电子设备可靠工作和舰载机等作业单元的安全起降等具有重要影响,因此开展这些方面的研究工作非常重要。[方法]利用Fluent软件对某型舰船甲板上方空间温度场进行数值计算。选取舰船航行的典型风向,针对4种不同工况分析高温排气走向、舰船上层建筑壁面温度分布及关键停机坪上方温度场分布。[结果]结果显示,在30°风向下,位于舰船上层建筑背风侧的1,2号停机坪总会受到高温烟气的影响,使得安全起降受到威胁;同时,在低风速情况下,上层建筑表面受到高温烟气影响的区域面积更大,最大可达73 m~2。[结论]研究建议舰载直升机应尽量避免在30°风向下在1,2号停机坪处起降,电子仪器设备的布置应尽量避开受高温烟气影响较大的区域。     

甲板模拟器对浮动冲击平台冲击环境的调节数值分析

[目的]为研究安装了甲板模拟器的浮动冲击平台(FSP)系统对舰载设备考核的机理,[方法]建立平台—甲板模拟器—设备系统有限元模型和力学模型,并开展数值模拟分析。通过改变甲板模拟器的固有属性,提出以不同的甲板模拟器调节设备考核中的冲击输入,以满足设备冲击试验的要求。[结果]结果表明:当未安装设备时,甲板模拟器上的冲击谱曲线在自身固有频率处出现峰值;而安装设备时,不同的甲板模拟器可实现对冲击谱峰值的控制。[结论]因此,甲板模拟器与设备的相互作用改变了设备安装频率附近范围的冲击谱峰值,可以实现对设备冲击输入的调频作用。     

ZrWN-Ag复合膜的力学性能和摩擦磨损性能研究

通过非平衡磁控溅射仪制备了不同Ag含量的ZrWN-Ag纳米复合膜,采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、纳米压痕仪、摩擦磨损仪和三维形貌仪等对薄膜的微结构、成分、表面形貌、力学性能和室温及高温摩擦磨损性能进行表征,并探讨了复合膜在不同温度下的摩擦磨损机制.结果表明:ZrWN-Ag复合膜是由面心立方的ZrWN、W_2N和弥散分布的晶态Ag相组成.随着Ag含量增加,薄膜的硬度先增大后减小.室温下,薄膜的摩擦系数和磨损率随Ag含量增加而逐渐降低;温度由200℃升高至700℃时,薄膜摩擦系数逐渐降低,磨损率逐渐增大,温度一定时,Ag含量越高,复合膜的摩擦系数越低,但磨损率越高.研究表明:Ag的加入改善了薄膜力学性能、室温下的摩擦磨损性能以及高温下的摩擦性能,但高温下的磨损性能未得到改善.     

高硬度聚脲涂覆FRC复合结构抗冲击性能试验分析

[目的]为了分析玻璃纤维—芳纶(FRC)底材涂覆硬质聚脲的复合结构的抗冲击性能,[方法]采用口径12.7 mm的弹道枪进行破片冲击加载,得到破片的弹道极限速度,分析获得不同工况下复合结构靶板的极限比吸收能。在此基础上,结合靶板的宏观破坏形貌,讨论2种不同聚脲涂覆复合结构的抗冲击性能的优劣性,并与软质聚脲涂覆复合结构进行对比,以验证涂覆硬质聚脲复合结构的最佳抗冲击性能。[结果]研究表明,作为背弹面涂层时,软质聚脲涂覆复合结构的抗冲击性能较好;作为迎弹面涂层时,硬质聚脲涂覆复合结构的抗冲击性能较好;两种聚脲涂层作为迎弹面的复合结构抗冲击性均优于背弹面和双面复合结构。[结论]在一般工程应用防护中,选用高硬度聚脲材料作为迎弹面涂层的防护效果更好。     

WC-NiCrBSi复合涂层的制备与耐磨性能研究

将镍包WC粉末与NiCrBSi粉末、粘结剂按一定比例混合后压制成WC涂层布I,用同样的方法制备了NiCrBSi钎料涂层布Π.采用真空熔覆法制备了WC-NiCrBSi复合涂层,通过改变WC-NiCrBSi涂层成分,研究涂层孔隙、耐磨性的变化规律.结果表明:随着WC质量分数的增加,孔隙增加,越靠近基体处孔隙越多.磨损量随着WC含量的增加先减少后增加. WC质量分数为30%、40%、50%、60%、70%、80%的复合涂层的磨损量分别为11. 2,10. 6,10. 1,10. 2,10. 5,10. 7 mg.磨损机制主要为脱层磨损、磨粒磨损和疲劳磨损.